線結構光三維傳感中關鍵技術研究.pdf

1、光學三維面形測量方法，具有非接觸、測量速度快、精度高、易于在計算機控制下實行自動化測量等優(yōu)點，已得到大量深入研究并且被廣泛應用。在幾種主動三維傳感技術中，采用線結構光掃描進行測量的直接三角法測量由于其具有結構簡單、掃描及數(shù)據(jù)處理速度快、精度較高、設備費用相對較低等特點在產(chǎn)品質量控制、反求工程等領域有著廣泛的應用。它的基本思想是通過投射激光線光束到被測物體表面，在物體表面形成一條投影亮線。從與投影方向不同的另一個方向觀察，由于受到物體高度

2、的調制，該亮線發(fā)生變形。通過對像面上亮線像坐標的計算可以得到物體上一個剖面的高度數(shù)據(jù)，如果再加上一維掃描就可以得到三維面形分布。 本文就線結構光三維測量過程的幾個關鍵性的問題進行了研究，主要研究內容和取得的成果如下： 1．提出了一種新的基于共面靶標的線結構光傳感器的標定技術，在保證了標定 精度的前提下有效地降低了標定復雜度和制作標定模塊的成本。它是通過將線結構光投影在一個帶有棋盤格圖案的平面靶標上，自由地移動幾個位置，就

3、可以建立起線結構光平面與攝像機圖像平面的關系。然后在此基礎上, 提出了采用線結構光的多傳感器系統(tǒng)中多個傳感器之間數(shù)據(jù)的校準和融合技術。即將線結構光投影在平面靶標上，多個攝像機同時進行圖像采集，然后根據(jù)多個攝像機相互之間的公共測量區(qū)域信息，完成對多個攝像機的標定和校準。針對旋轉測量系統(tǒng)中如何確定旋轉軸這一問題，提出了計算旋轉平 臺旋轉中心軸方程的方法：即將平面靶標放在旋轉平臺上，旋轉幾個位置，然后通過3種方式求出旋轉中心軸的方程，1)計算

4、這幾個位置處的靶標平 面坐標系到攝像機坐標系之間的旋轉矩陣，由旋轉矩陣計算出旋轉中心軸方 程；2)求出靶標平面上一系列固定點在不同位置處的坐標，然后分別進行圓擬合.求出圓心，然后對圓心進行直線擬合，從而求出旋轉軸的方程。3) 求出靶標平面上兩個固定點在不同位置處連線的中垂面，這兩個中垂面的交 線即為旋轉中心軸。 2．提出一種激光片光三維傳感中降低激光散斑影響的方法：片光面內移動掃描法。通過向被測物體表面投射面內移動掃描的片狀激光

5、束，產(chǎn)生空間變化的動態(tài)散斑光場，這樣光場時間平均效果降低了散斑的影響，明顯地提高了測量精度。 3．提出一種采用雙傳感器，并將兩個傳感器圖像映射到光刀平面上，然后再對 其進行面內融合處理最后提取中心線的方法。該方法實現(xiàn)簡單，可以有效降 低由于物體表面的凹凸不平、反射率的不連續(xù)變化以及遮擋造成獲取的條紋像存在各種缺陷而導致最后得到的三維面形數(shù)據(jù)的偏差，從而提高了系統(tǒng)測 量的精度。 4．針對提取線結構光圖像光帶中心過程中